KR20190141060A - Apparatus for forming of 3d graphene structure using halogen heater - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 그래핀 구조체 형성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 할로겐 히터를 이용하여 금속박막 상에 그래핀 용액을 분사하여 3차원 그래핀 구조체를 생성하는 기술이 개시된다.The present invention relates to a three-dimensional graphene structure forming apparatus, and more particularly, a technique for generating a three-dimensional graphene structure by injecting a graphene solution on a metal thin film using a halogen heater.
탄소의 동소체인 그래핀(Graphene)은 원자 수준의 두께를 지닌 2D 구조의 시트형 물질로서 전기적, 열적, 기계적 및 광학적 특성이 탁월하여 에너지 저장 소자, 배터리, 전계효과 트랜지스터(Field-effect transistor), 광전자 소자(Organic optoelectronic device) 및 화학센서를 비롯한 광범위한 분야에 적용될 수 있는 첨단 탄소소재로 부각되고 있다. 또한, 최근에는 그래핀, 그래핀/전도성 고분자, 그래핀/금속산화물, 그래핀/탄소나노튜브, 그래핀/금속 나노입자 등의 복합소재들이 다양한 전극 재료로서 슈퍼커패시터, 터치 스크린, 투명전극 등의 특성 개선을 목적으로 활용되고 있다.Graphene, an allotrope of carbon, is an atomic-level 2D sheet-like material with excellent electrical, thermal, mechanical, and optical properties, resulting in energy storage devices, batteries, field-effect transistors, and optoelectronics. It is emerging as an advanced carbon material that can be applied to a wide range of fields including organic optoelectronic devices and chemical sensors. In addition, recently, composite materials such as graphene, graphene / conductive polymer, graphene / metal oxide, graphene / carbon nanotube, and graphene / metal nanoparticles are various electrode materials as supercapacitors, touch screens, transparent electrodes, etc. It is used for the purpose of improving the characteristics.
이러한 다양하고도 잠재적인 적용을 위해, 많은 경우 산업적 규모로 생산될 수 있는 수용성의 고유(Pristine) 그래핀이 요구되고 있다. 안정한 그래핀 분산액이 일단 구비되면, 딥-코팅, 드롭-코팅, 스핀-코팅, 스프레이-코팅, 진공 여과, Langmuir-Blodgett, Layer-by-Layer(LbL) 및 전기영동 전착 기술과 같은 다양한 용액-공정 기술을 이용하여 나노미터에서 수십 마이크로미터에 이르는 두께의 균일한 그래핀 박막을 매우 간단하게 제작할 수 있다.For these diverse and potential applications, water-soluble pristine graphene is required, which in many cases can be produced on an industrial scale. Once a stable graphene dispersion is in place, various solutions such as dip-coating, drop-coating, spin-coating, spray-coating, vacuum filtration, Langmuir-Blodgett, Layer-by-Layer (LbL) and electrophoretic electrodeposition techniques- Process technology makes it very simple to produce uniform graphene films with thicknesses ranging from nanometers to tens of micrometers.
가장 통상적인 액상 박리 기술로 알려진 하머스법(Hummers method)은 그래파이트를 산화시킨 후 수중에서 박리하여 단일층 그래핀 산화물(Graphene Oxide; GO)을 제조하는 기술로서, 이는 그래파이트를 강한 산화제를 포함하는 수용액과 접촉하는 과정에서 그래핀층들이 산화되고 산화층들 사이에 존재하는 반발력으로 인해 층이 분리되면서 그래핀이 형성되는 메커니즘을 이용한다. 이때, 수용성 그래핀 산화물(GO)은 에폭사이드기, 하이드록실기, 카르복실기 및 기타 산소 부분(카보닐, 페놀, 락톤, 퀴논 등)에 의해 기능화된다. 한편, 그래핀 산화물은 전기적으로 절연인바, 이에 화학적 또는 열적 처리를 가하여 전도성으로 전환시킨 환원된 산화그래핀(Reduced Graphene Oxide; RGO)이 전기·전자 소재로 많이 활용되고 있다.The Hummers method, known as the most common liquid stripping technique, is a technique of oxidizing graphite and then peeling it in water to produce a single layer graphene oxide (GO), which contains graphite as a strong oxidizing agent. In contact with the aqueous solution, the graphene layers are oxidized and the graphene is formed by separating the layers due to the repulsive force present between the oxide layers. At this time, the water-soluble graphene oxide (GO) is functionalized by epoxide groups, hydroxyl groups, carboxyl groups and other oxygen moieties (carbonyl, phenol, lactone, quinone, etc.). Meanwhile, since graphene oxide is electrically insulated, reduced graphene oxide (RGO), which has been converted to conductivity by applying chemical or thermal treatment thereto, is widely used as an electric and electronic material.
종래의 기술 중 대한민국 등록특허공보 제10-1350385호(2014년 01월 13일 공고)는 나노 스케일의 그래핀 레이어의 형성이 가능하게 하는 그래핀 레이어 형성장치에 관한 것으로, 지지대 및 마이크로 피펫을 포함하되, 지지대는 패턴이 형성된 고배향성 열분해 흑연을 지지하고, 상기 마이크로 피펫은 상기 지지대에 의해 지지된, 패턴이 형성된 고배향성 열분해 흑연과 접촉하여 부착된 후, 상기 지지대와의 상대적 운동에 의해서, 흑연 세그먼트를 분리하고, 분리된 상기 흑연 세그먼트를 기판에 부착하는 것을 기술적 특징으로 한다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-1350385 (January 13, 2014) of the prior art relates to a graphene layer forming apparatus that enables the formation of a nano-scale graphene layer, including a support and a micro pipette Wherein, the support supports the patterned high-oriented pyrolytic graphite, and the micro pipette is attached in contact with the patterned high-oriented pyrolytic graphite supported by the support, and then by the relative movement with the support, the graphite It is technically characterized by separating the segments and attaching the separated graphite segments to a substrate.
그러나, 상기 종래의 기술은 자가조립 폼 형성의 3차원 그래핀 구조체를 형성하여 비표면적을 극대화할 수 없다는 한계가 있다.However, the conventional technique has a limitation in that it is impossible to maximize the specific surface area by forming a three-dimensional graphene structure of self-assembled foam.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 할로겐 히터를 이용하여 가열된 기판부에 그래핀 용액을 분사시킴으로써 과열증발에 따른 자가조립 폼 형성하여 3차원 그래핀 구조체를 형성하는 3차원 그래핀 구조체 형성장치를 제공하기 위함이다.The technical problem to be solved by the present invention is a three-dimensional graphene structure forming apparatus for forming a three-dimensional graphene structure by forming a self-assembled foam form by overheating evaporation by spraying the graphene solution to the heated substrate using a halogen heater To provide.
또한, 분사부와 가열부 사이의 기판부의 위치를 가변시켜 3차원 그래핀 구조체의 형성조건을 변경할 수 있는 3차원 그래핀 구조체 형성장치를 제공하기 위함이다.In addition, to provide a three-dimensional graphene structure forming apparatus that can change the formation conditions of the three-dimensional graphene structure by varying the position of the substrate portion between the injection portion and the heating portion.
또한, 3차원 그래핀 구조체의 비전영상을 분석하여 불량 여부를 판단할 수 있는 3차원 그래핀 구조체 형성장치를 제공하기 위함이다.Another object of the present invention is to provide a 3D graphene structure forming apparatus capable of determining a defect by analyzing a vision image of a 3D graphene structure.
또한, 3차원 그래핀 구조체의 조명 투과도를 분석하여 불량 여부를 판단할 수 있는 3차원 그래핀 구조체 형성장치를 제공하기 위함이다.In addition, it is to provide a three-dimensional graphene structure forming apparatus that can determine the defect by analyzing the light transmittance of the three-dimensional graphene structure.
본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치는, 방열유리 위에 금속박막이 위치하는 기판부와, 상기 기판부의 상부에 위치하여 상기 기판부로 그래핀 용액을 분사하는 분사부와, 상기 기판부의 하부에 위치하여 할로겐 히터를 이용하여 상기 기판부를 기 설정된 범위의 온도로 가열하는 가열부와, 상기 기판부를 상기 분사부와 상기 가열부 사이에서 이송하는 이동부와, 상기 가열부를 이용하여 상기 금속박막을 기 설정된 범위의 온도로 가열한 상태에서, 상기 금속박막의 상부로 상기 그래핀 용액을 분사시켜 3차원 그래핀 구조체를 형성하도록 하는 제어부를 포함한다.The apparatus for forming a three-dimensional graphene structure according to an exemplary embodiment of the present invention includes a substrate portion on which a metal thin film is positioned on a heat dissipation glass, an injection portion disposed on the substrate portion to inject a graphene solution to the substrate portion, and the substrate. Located in the lower portion of the heating unit using a halogen heater to heat the substrate to a predetermined range of temperature, a moving unit for transferring the substrate between the injection unit and the heating unit, and the metal using the heating unit And a control unit for spraying the graphene solution onto the metal thin film to form a three-dimensional graphene structure in a state where the thin film is heated to a temperature within a preset range.
또한, 적외선 카메라를 이용하여 상기 금속박막의 온도를 감지하는 온도감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도감지부를 통해 감지된 온도에 따라 상기 기판부와 상기 가열부 간의 거리를 가변시키거나, 상기 가열부의 출력을 조절하여 상기 금속박막의 온도를 조절할 수 있다.The apparatus may further include a temperature sensing unit configured to sense the temperature of the metal thin film using an infrared camera, and the controller may vary the distance between the substrate unit and the heating unit according to the temperature detected by the temperature sensing unit, The temperature of the metal thin film may be controlled by adjusting the output of the heating unit.
또한, 상기 기판부의 상부에서 상기 금속박막 위에 형성되는 상기 3차원 그래핀 구조체에 대해 조명을 조사하는 조명부와, 비전 카메라를 이용하여 상기 3차원 그래핀 구조체의 비전영상을 획득하는 영상획득부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 3차원 그래핀 구조체의 비전영상 속 기공의 크기, 밀도를 분석하여 상기 기판부와 상기 가열부 간의 거리를 가변시키거나, 상기 가열부의 출력을 조절하여 상기 금속박막의 온도를 조절할 수 있다.The apparatus may further include an illumination unit for illuminating the 3D graphene structure formed on the metal thin film on the substrate, and an image acquisition unit for obtaining a vision image of the 3D graphene structure using a vision camera. The controller may analyze the size and density of pores in the vision image of the 3D graphene structure to vary the distance between the substrate and the heating unit, or adjust the output of the heating unit to adjust the temperature of the metal thin film. I can regulate it.
또한, 상기 기판부의 일측에 형성되어 팬을 구동시켜 상기 3차원 그래핀 구조체를 냉각시키는 냉각부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 냉각부를 제어하여 상기 3차원 그래핀 구조체의 기공의 크기를 가변시킬 수 있다.The apparatus may further include a cooling unit formed at one side of the substrate to drive a fan to cool the 3D graphene structure, and the controller may control the cooling unit to change the size of pores of the 3D graphene structure. have.
또한, 상기 기판부로 레이저를 조사하여 상기 분사부와의 거리를 감지하는 거리감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 거리감지부로부터 획득한 거리정보에 따라 상기 3차원 그래핀 구조체의 두께정보를 분석하여 상기 분사부를 가변제어할 수 있다.The apparatus may further include a distance detector configured to detect a distance from the sprayer by irradiating a laser beam to the substrate, and the controller may analyze thickness information of the 3D graphene structure according to distance information obtained from the distance detector. The injection unit may be variably controlled.
또한, 상기 제어부는 상기 조명부의 조명이 상기 3차원 그래핀 구조체를 투과하는 투광도를 획득하여 불량 여부를 판단할 수 있다.In addition, the controller may determine whether the lighting is defective by obtaining the light transmittance through which the illumination of the illumination unit passes through the 3D graphene structure.
또한, 상기 분사부의 소음을 감지하는 소음감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 소음감지부로부터 상기 분사부의 소음정보를 획득하여 불량 여부를 판단할 수 있다.The apparatus may further include a noise detector configured to detect noise of the sprayer, and the controller may determine whether the sound is defective by acquiring noise information of the sprayer from the noise detector.
이에 따라, 할로겐 히터를 이용하여 가열된 기판부에 그래핀 용액을 분사시킴으로써 과열증발에 따른 자가조립 폼 형성하여 3차원 그래핀 구조체를 형성할 수 있다.Accordingly, the graphene solution may be sprayed onto the heated substrate using a halogen heater to form a self-assembled foam according to overheating evaporation to form a three-dimensional graphene structure.
또한, 분사부와 가열부 사이의 기판부의 위치를 가변시켜 3차원 그래핀 구조체의 형성조건을 변경할 수 있다.In addition, by changing the position of the substrate portion between the injection portion and the heating portion can change the formation conditions of the three-dimensional graphene structure.
또한, 3차원 그래핀 구조체의 비전영상을 분석하여 불량 여부를 판단할 수 있다.In addition, by analyzing the vision image of the three-dimensional graphene structure it can be determined whether the defect.
또한, 3차원 그래핀 구조체의 조명 투과도를 분석하여 불량 여부를 판단할 수 있다.In addition, by analyzing the light transmittance of the three-dimensional graphene structure can determine whether there is a defect.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치 중 이동부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 도 1에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치 중 조명부를 설명하기 위한 예시도이다.1 is a block diagram of a three-dimensional graphene structure forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary view for explaining a moving unit of the apparatus for forming a 3D graphene structure according to FIG. 1.
3 is an exemplary view for explaining an illumination unit of the 3D graphene structure forming apparatus according to FIG. 1.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms used are terms selected in consideration of functions in the embodiments, and the meaning of the terms may vary depending on the intention or precedent of the user or operator. Therefore, the meaning of the terms used in the embodiments to be described later, according to the definition if specifically defined herein, and if there is no specific definition should be interpreted as meaning generally recognized by those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a three-dimensional graphene structure forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치(100)는 기판부(110), 분사부(120), 가열부(130), 이동부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the 3D graphene
기판부(110)는 3차원 그래핀 구조체가 형성되는 판 형상의 부재이다. 기판부(110)는 평면구조의 스테이지(111)에 방열유리(112)가 고정되고, 방열유리(112)의 상부에 금속박막(113)이 위치한다. 여기서 금속박막(113)은 분사부(120)를 통해 그래핀 용액이 표면에 코팅되어 3차원 그래핀 구조체가 형성되는 부재이다. 이 경우, 금속박막(113)의 크기는 사용자 설정에 의해 달라질 수 있다. 방열유리(112)는 가열부(130)로부터 금속박막(113)에 전달되는 열을 저감시키는 역할을 한다. 방열유리(112)는 내열성 소재로 형성되며, 기판부(110)의 표면적보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 금속박막(113)이 가열부(130)에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있다.The
분사부(120)는 기판부(110)의 상부에 위치하여 기판부(110)로 그래핀 용액을 분사한다. 분사부(120)는 유압에 의해 기 설정된 분사압으로 그래핀 용역을 분사할 수 있다. 분사부(120)와 기판부(110)의 거리는 분사범위에 따라 가변될 수 있다. 분사부(120)는 적어도 하나 이상의 노즐을 통해 그래핀 용액을 분사하며, 노즐의 각도는 사용자의 설정에 의해 달라질 수 있다. 분사부(120)는 브라켓에 의해 고정되는 고정형이거나, 기 설정된 좌표로 이동할 수 있는 이동형일 수 있다. 예를 들어, 분사부(120)는 기 설정된 x축, y축, z축으로 이동할 수 있다. The
가열부(130)는 기판부(110)의 하부에 위치하여 할로겐 히터를 이용하여 기판부(110)를 기 설정된 범위의 온도로 가열한다. 가열부(130)는 기판부(110)의 금속박막(113)을 가열하여 분사부(120)로부터 분사된 그래핀 용액이 증발되어 3차원 그래핀 구조체를 형성하도록 한다. 가열부(130)의 가열온도, 가열세기, 가열시간 등의 가열조건은 사용자의 설정에 의해 달라질 수 있다. 가열부(130)와 기판부(110) 간의 거리는 사용자의 설정에 의해 달라질 수 있다. 가열부(130)는 할로겐 히터를 다른 발열수단으로 대체하여 사용하는 것도 가능하다.The
이동부(140)는 기판부(110)를 분사부(120)와 가열부(130) 사이에서 이송한다. 이동부(140)는 기판부(110)의 높이를 승강 또는 하강시킬 수 있다. 이동부(140)는 액추에이터와 같은 유압수단이나 전동모터와 기어를 이용하여 기판의 높이, 기울기 등을 가변시킬 수 있다. 이동부(140)는 기판부(110)의 기울기를 감지하여 수평을 조절하는 것도 가능하다. 예를 들어, 사각평면의 기판부(110)는 4개의 액추에이터나 4개의 전동모터를 이용하여 기판부(110)의 높이나 기울기를 변경할 수 있다.The moving
도 2는 도 1에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치(100) 중 이동부(140)를 설명하기 위한 예시도이다. 도 2를 참조하면, 이동부(140)는 기판부(110)를 수직방향으로 높이를 조절하거나 기울기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 이동부(140)는 액추에이터로 구현되어 기판부(110)와 연결되어 기판을 승강 또는 하강시킬 수 있다. (a)와 같이 기판부(110)가 일측으로 기울어진 경우 (b)와 같이 이동부(140)가 승하강하면서 기판부(110)의 수평을 정렬할 수 있다. 또한, 기판부(110) 상에 형성된 3차원 그래핀 구조체가 일측으로 치우쳐진 경우 (a)와 같이 기판부(110)를 기울어지도록 하여 상대적으로 밀도가 낮은 영역에 3차원 그래핀 구조체가 형성되도록 하는 것도 가능하다.2 is an exemplary view for explaining the moving
다시 도 1을 참조하면, 제어부(150)는 가열부(130)를 이용하여 금속박막(113)을 기 설정된 범위의 온도로 가열한 상태에서, 금속박막(113)의 상부로 그래핀 용액을 분사시켜 3차원 그래핀 구조체를 형성하도록 한다. 예를 들어, 제어부(150)는 분사부(120)의 분사속도, 분사압, 분사각도, 분사량 중 적어도 어느 하나 이상을 제어할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the
또한, 제어부(150)는 가열부(130)의 가열온도, 가열시간, 가열세기 등을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 이동부(140)를 통해 기판부(110)의 높이, 기울기가 가변되도록 제어할 수 있다. 제어부(150)는 기판부(110)의 온도를 조절하기 위해 기판부(110)의 높이를 조절하 것도 가능하다. 또한, 제어부(150)는 기판부(110)의 높이를 조절하여 분사부(120)의 분사범위를 조절하는 것도 가능하다. 제어부(150)는 기 설정된 3차원 그래핀 구조체가 형성되면 가열부(130), 분사부(120)의 동작을 중단시키도록 하는 것도 가능하다.In addition, the
한편, 본 발명의 실시에에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치(100)는 온도감지부(160)를 더 포함할 수 있다. 온도감지부(160)는 적외선 카메라를 이용하여 금속박막(113)의 온도를 감지한다. 적외선 카메라는 비접촉 방식으로 금속박막(113)의 온도를 감지할 수 있다. 이 경우, 제어부(150)는 온도감지부(160)를 통해 감지된 온도에 따라 기판부(110)와 가열부(130) 간의 거리를 가변시킬 수 있다. 또한, 제어부(150)는 가열부(130)의 출력을 조절하여 금속박막(113)의 온도를 조절할 수 있다. 이 경우, 온도감지부(160)는 기판부(110), 분사부(120), 가열부(130)의 온도를 각각 감지하는 것도 가능하다.Meanwhile, the 3D graphene
또한, 온도감지부(160)는 적외선카메라를 통해 금속박막(113)의 제1 온도정보를 획득하고, 접촉센서를 통해 금속박막(113)의 제2 온도정보를 획득하는 것도 가능하다. 이 경우, 제어부(150)는 제1 온도정보와 제2 온도정보를 비교하여 기 설정된 오차 범위 이내인 경우 제1 온도정보를 최종온도정보로 설정하고, 오차 범위를 초과한 경우 제2 온도정보를 최종온도정보로 설정할 수 있다. 이에 따라, 복수의 온도감지수단을 이용하여 보다 정확한 온도감지가 가능하다.In addition, the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치(100)는 조명부(170) 및 영상획득부(180)를 더 포함할 수 있다. 조명부(170)는 기판부(110)의 상부에서 금속박막(113) 위에 형성되는 3차원 그래핀 구조체에 대해 조명을 조사한다. 이 경우, 조명부(170)는 엘이디와 같은 조명수단을 이용하여 기 설정된 파장의 조명을 출력할 수 있다. 조명부(170)는 3차원 그래핀 구조체의 평면 또는 측면으로 조명을 출력할 수 있다. 조명부(170)의 색상 및 세기는 사용자의 설정에 의해 달라질 수 있다.On the other hand, the three-dimensional graphene
도 3은 도 1에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치 중 조명부(170)를 설명하기 위한 예시도이다. 도 3을 참조하면, 조명부(170)는 발광부(171)와 수광부(172)를 포함하여 구현할 수 있다. 발광부(171)는 3차원 그래핀 구조체로 조명을 조사하고, 수광부(172)는 3차원 그래핀 구조체를 투과한 조명을 수광한다. 이 경우, 제어부(150)는 3차원 그래핀 구조체에 형성된 기공의 크기, 밀도 등을 파악한다. 제어부(150)는 3차원 그래핀 구조체를 투과한 조명의 투과도를 기 설정치와 비교하여 불량 여부를 판단할 수 있다.3 is an exemplary view for explaining the
다시 도 1을 참조하면, 영상획득부(180)는 비전 카메라를 이용하여 3차원 그래핀 구조체의 비전영상을 획득한다. 영상획득부(180)는 3차원 그래핀 구조체의 평면에 대한 비전영상을 기 설정된 시간주기로 획득한다. 영상획득부(180)는 비전영상을 이진처리하여 3차원 그래핀 구조체 내의 기공의 크기를 확인할 수 있다. 영상획득부(180)는 금속박막(113) 상의 3차원 그래핀 구조체를 구역별로 분할하여 비전영상을 획득하는 것도 가능하다. 이 경우, 제어부(150)는 3차원 그래핀 구조체의 비전영상을 이용하여 불량 여부를 판단할 수 있다. 제어부(150)는 비전영상에서 3차원 그래핀 구조체의 기공의 밀도, 크기를 기초로 불량 여부를 판단할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the
한편, 조명부(170)와 영상획득부(180)가 함께 구현되는 경우 제어부(150)는 조명부(170)를 통해 획득한 투과도를 이용하여 제1 불량정보를 획득하고, 영상획득부(180)를 통해 획득한 비전영상을 이용하여 제2 불량정보를 획득하여 최종불량정보를 결정할 수 있다. 에를 들어, 제1 불량정보와 제2 불량정보가 기 설정된 오차범위 내인 경우 최종불량정보를 결정하게 된다. 기 설정된 오차범위 외인 경우 다시 제1 불량정보와 제2 불량정보를 획득하여 비교할 수 있다. 제어부(150)는 3차원 그래핀 구조체의 비전영상 속 기공의 크기, 밀도를 분석하여 기판부(110)와 가열부(130) 간의 거리를 가변시키거나, 가열부(130)의 출력을 조절하여 상기 금속박막(113)의 온도를 조절할 수 있다.On the other hand, when the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치(100)는 냉각부(190)를 더 포함할 수 있다. 냉각부(190)는 기판부(110)의 일측에 형성되어 팬을 구동시켜 3차원 그래핀 구조체를 냉각시킨다. 냉각부(190)는 3차원 그래핀 구조체의 열 증발을 촉진시키기 위해 구동된다. 냉각부(190)는 3차원 그래핀 구조체의 기공의 크기에 따라 냉각온도, 냉각속도 등에 대한 설정을 가변시킬 수 있다. 냉각부(190)는 기판부(110)의 상부에 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.On the other hand, the three-dimensional graphene
이 경우, 제어부(150)는 냉각부(190)를 제어하여 3차원 그래핀 구조체의 기공의 크기를 조절한다. 제어부(150)는 냉각부(190)가 3차원 그래핀 구조체 뿐만 아니라 금속박막(113)을 냉각시켜 온도를 조절하도록 하는 것도 가능하다. 이는 기판부(110)의 위치를 조절하여 분사부(120) 또는 가열부(130)와의 거리를 조절하여 온도를 조절하거나, 가열부(130)의 출력을 조절하여 온도를 조절하는 것 외에 냉각부(190)를 통해 기판부(110)의 온도를 조절하는 것도 가능하도록 하기 위함이다. 이 경우, 3차원 그래핀 구조체의 기공의 크기를 다르게 설정하기 위해 부분 별 냉각이 가능하도록 할 수 있다.In this case, the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치(100)는 거리감지부(200)를 더 포함할 수 있다. 거리감지부(200)는 기판부(110)로 레이저를 조사하여 분사부(120)와의 거리를 감지한다. 거리감지부(200)는 이동부(140)를 통해 기판부(110)가 이동시 거리를 감지하여 이동범위를 설정하기 위함이다. 거리감지부(200)는 기판부(110)로 레이저 뿐만 아니라 초음파를 조사하여 거리를 감지하는 것도 가능하다. 또한, 거리감지부(200)는 3차원 그래핀 구조체에 레이저나 초음파를 조사하여 기판과의 거리 차이를 기준으로 두께정보를 획득하는 것도 가능하다. 이는 3차원 그래핀 구조체가 설정된 두께로 형성되었는지를 판단하기 위함이다.On the other hand, the three-dimensional graphene
이 경우, 제어부(150)는 거리감지부(200)로부터 획득한 거리정보에 따라 3차원 그래핀 구조체의 두께정보를 분석하여 분사부(120)를 가변제어한다. 예를 들어, 제어부(150)는 3차원 그래핀 구조체의 두께나 분포밀도 등이 기 설정치 미만이 경우 분사부(120)의 출력을 조절하도록 한다. 제어부(150)는 거리정보에 따라 이동부(140)를 제어하는 것도 가능하다. 이동부(140)가 기판부(110)를 승강 또는 하강시키는 위치를 정밀제어할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 3차원 그래핀 구조체의 두께정보에 따라 불량 여부를 판단하는 것도 가능하다. 금속박막(113) 상에 형성된 3차원 그래핀 구조체의 두께가 균일하지 않거나, 전체 두께가 기 설정치 이하인 경우 불량이라고 판별할 수 있다.In this case, the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치(100)는 소음감지부(210)를 더 포함할 수 있다. 소음감지부(210)는 분사부(120)의 소음을 감지하여 소음정보를 생성한다. 분사부(120)는 기 설정된 분사압으로 그래핀 용액을 분사하면서 소음을 발생한다. 그러나, 분사부(120)는 분사노즐이 외부에 노출되면서 주위 기온에 따라 노즐이 막히는 경우 비정성적인 소음이 발생한다. 소음감지부(210)는 분사부(120)의 노즐 주변의 소음이 정상인지 혹은 비정상인지를 감지하는 역할을 한다.On the other hand, the three-dimensional graphene
이 경우, 제어부(150)는 소음감지부(210)로부터 분사부(120)의 소음정보를 획득하여 불량 여부를 판단한다. 제어부(150)는 소음정보가 기 설정범위를 벗어나는 경우 분사에 문제가 생긴 것으로 판단하여 알람신호를 출력할 수 있다. 제어부(150)는 기 설정된 시간 주기로 소음정보를 획득할 수 있으며, 상술한 거리정보 등과 함께 3차원 그래핀 구조체의 불량 여부를 판단하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제어부(150)는 3차원 그래핀 구조체의 두께정보와, 분사부(120)의 소음정보를 비교하여 어느 하나가 비정상이면 불량정보를 출력할 수 있다. 이에 따라, 고장의 원인을 구체적이고 신속하게 파악할 수 있다.In this case, the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래핀 구조체 형성장치(100)는 가스감지부(220)를 더 포함할 수 있다. 가스감지부(220)는 3차원 그래핀 구조체 형성장치(100) 내에서 발생하는 가스를 감지하여 가스정보를 생성한다. 가스감지부(220)는 기판부(110)가 과열되어 화재가 발생하는 것을 방지하기 위해 가스정보를 생성할 수 있다. 그래핀 용액이 금속박막(113)에 코팅되는 경우 기 설정된 온도를 초과하여 3차원 그래핀 구조체가 연소되는 경우에는 가스정보를 감지할 수 있다. 이 경우, 제어부(150)는 분사부(120) 및 가열부(130)의 구동을 중단시킬 수 있다. 제어부(150)는 알람음을 출력하여 사용자에게 경고하는 것도 가능하다.On the other hand, the three-dimensional graphene
이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.The present invention has been described above with reference to the preferred embodiments described with reference to the drawings, but is not limited thereto. Accordingly, the invention should be construed by the description of the claims, which are intended to cover obvious variations that can be derived from the described embodiments.
100 : 3차원 그래핀 구조체 형성장치
110 : 기판부
111 : 스테이지
112 : 방열유리
113 : 금속박막
120 : 분사부
130 : 가열부
140 : 이동부
150 : 제어부
160 : 온도감지부
170 : 조명부
171 : 발광부
172 : 수광부
180 : 영상획득부
190 : 냉각부
200 : 거리감지부
210 : 소음감지부
220 : 가스감지부
500 : 분사위치100: 3D graphene structure forming device
110: substrate portion
111: stage
112: heat dissipation glass
113: metal thin film
120: injection unit
130: heating unit
140: moving unit
150: control unit
160: temperature detection unit
170: lighting unit
171: light emitting unit
172: light receiver
180: image acquisition unit
190: cooling unit
200: distance detection unit
210: noise detection unit
220: gas detection unit
500: injection position
Claims (7)
상기 기판부의 상부에 위치하여 상기 기판부로 그래핀 용액을 분사하는 분사부;
상기 기판부의 하부에 위치하여 할로겐 히터를 이용하여 상기 기판부를 기 설정된 범위의 온도로 가열하는 가열부;
상기 기판부를 상기 분사부와 상기 가열부 사이에서 이송하는 이동부; 및
상기 가열부를 이용하여 상기 금속박막을 기 설정된 범위의 온도로 가열한 상태에서, 상기 금속박막의 상부로 상기 그래핀 용액을 분사시켜 3차원 그래핀 구조체를 형성하도록 하는 제어부를 포함하는 3차원 그래핀 구조체 형성장치.A substrate portion on which the metal thin film is positioned on the heat dissipation glass;
An injection unit positioned on the substrate and injecting a graphene solution to the substrate;
A heating unit positioned below the substrate to heat the substrate to a temperature within a preset range using a halogen heater;
A moving part transferring the substrate part between the jetting part and the heating part; And
Three-dimensional graphene including a control unit for forming a three-dimensional graphene structure by spraying the graphene solution to the upper portion of the metal thin film in a state in which the metal thin film is heated to a temperature in a predetermined range using the heating unit Structure forming apparatus.
적외선 카메라를 이용하여 상기 금속박막의 온도를 감지하는 온도감지부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 온도감지부를 통해 감지된 온도에 따라 상기 기판부와 상기 가열부 간의 거리를 가변시키거나, 상기 가열부의 출력을 조절하여 상기 금속박막의 온도를 조절하는 3차원 그래핀 구조체 형성장치.The method of claim 1,
Further comprising a temperature sensing unit for sensing the temperature of the metal thin film using an infrared camera,
The control unit,
3D graphene structure forming apparatus for controlling the temperature of the metal thin film by varying the distance between the substrate portion and the heating unit according to the temperature sensed by the temperature sensing unit, or by controlling the output of the heating unit.
상기 기판부의 상부에서 상기 금속박막 위에 형성되는 상기 3차원 그래핀 구조체에 대해 조명을 조사하는 조명부; 및
비전 카메라를 이용하여 상기 3차원 그래핀 구조체의 비전영상을 획득하는 영상획득부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 3차원 그래핀 구조체의 비전영상 속 기공의 크기, 밀도를 분석하여 상기 기판부와 상기 가열부 간의 거리를 가변시키거나, 상기 가열부의 출력을 조절하여 상기 금속박막의 온도를 조절하는 3차원 그래핀 구조체 형성장치.The method of claim 1,
An illumination unit irradiating illumination to the three-dimensional graphene structure formed on the metal thin film on the substrate unit; And
Further comprising an image acquisition unit for obtaining a vision image of the three-dimensional graphene structure using a vision camera,
The control unit,
Analysis of the size and density of the pores in the vision image of the three-dimensional graphene structure by varying the distance between the substrate portion and the heating portion, or by adjusting the output of the heating three-dimensional graph to control the temperature of the metal thin film Fin structure forming device.
상기 기판부의 일측에 형성되어 팬을 구동시켜 상기 3차원 그래핀 구조체를 냉각시키는 냉각부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 냉각부를 제어하여 상기 3차원 그래핀 구조체의 기공의 크기를 가변시키는 3차원 그래핀 구조체 형성장치.The method of claim 1,
It is formed on one side of the substrate portion further comprises a cooling unit for driving the fan to cool the three-dimensional graphene structure,
The control unit,
3D graphene structure forming apparatus for controlling the cooling unit to vary the size of the pores of the 3D graphene structure.
상기 기판부로 레이저를 조사하여 상기 분사부와의 거리를 감지하는 거리감지부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 거리감지부로부터 획득한 거리정보에 따라 상기 3차원 그래핀 구조체의 두께정보를 분석하여 상기 분사부를 가변제어하는 3차원 그래핀 구조체 형성장치.The method of claim 1,
Further comprising a distance detecting unit for detecting the distance to the injection unit by irradiating the laser to the substrate,
The control unit,
3D graphene structure forming apparatus for varying control of the injection unit by analyzing the thickness information of the three-dimensional graphene structure in accordance with the distance information obtained from the distance sensing unit.
상기 제어부는,
상기 조명부의 조명이 상기 3차원 그래핀 구조체를 투과하는 투광도를 획득하여 불량 여부를 판단하는 3차원 그래핀 구조체 형성장치.The method of claim 3,
The control unit,
Apparatus for forming a three-dimensional graphene structure to determine whether the illumination by the illumination of the illumination unit transmits the transmission through the three-dimensional graphene structure.
상기 분사부의 소음을 감지하는 소음감지부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 소음감지부로부터 상기 분사부의 소음정보를 획득하여 불량 여부를 판단하는 3차원 그래핀 구조체 형성장치.The method of claim 1,
Further comprising a noise detecting unit for detecting the noise of the injection unit,
The control unit,
3D graphene structure forming apparatus for determining the failure by obtaining the noise information of the injection unit from the noise detection unit.
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